水利工程施工中土方填筑施工技术探析

李炜

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，兰州 730030）

1 影响水利工程中土方填筑施工技术效果的主要因素

1.1 机械设备

在一般的水利工程施工期间，如果有土方填筑作业，需要选用施工机械对土方进行开挖、填筑以及碾压，在此过程中，施工设备的选择会在一定程度上影响施工效率和质量，致使土方填筑施工作业取得不同的施工结果。以碾压施工环节为例，在选用机械设备进行土方碾压时，施工单位通常会从静压碾压、振动碾压以及夯击3 种作业类型的施工机械中进行选择。但是如果机械设备的选型存在问题，最终建造的填筑体密度、含水量都会受到不同程度的影响，从而影响填筑体结构的稳定性。其典型的表现有：采用静压碾压设备处理黏性土时，由于黏性土的干密度小于非黏性土，填筑而成的筑体孔隙比相对较大，最终导致出现难以压实的现象。

1.2 填筑工艺缺少适配性

不同的施工工艺在土方填筑施工中会产生不同的适配效果，如果水利工程土方填筑施工采用的施工工艺缺少适配性，则施工后填筑体的质量通常无法达到标准。例如，常见的土方填筑施工技术可以搭配均匀填筑法、分堆积填筑法、加筋填筑法等工艺技术，但不同工艺技术适用的施工领域大不相同，典型的表现有，在水利工程的土方开挖后，填筑平面经常出现大面积坑洞或凹陷等情况，这就导致如果继续在施工中采用均匀填筑法进行填筑施工，新的土料逐层积累，会大幅度增加填筑后的土石料的空隙比。因此，填筑工艺的工艺属性以及适配性会在一定程度上限制土方填筑施工技术的使用效果，在缺少定量的施工条件和控制手段的情况下，使施工作业难以真正发挥出土方填筑施工技术的优势[1]。

2 土方填筑施工技术的应用要点分析

2.1 施工准备阶段的技术要点

在土方填筑施工前的准备工作阶段，施工单位需要根据土方填筑施工技术的使用需求完善施工现场的作业条件，以便制订完善的土方填筑施工技术方案，保障后续施工能够常态化进行，可参考某施工单位总结的技术要点，详述如下。

1）根据土方填筑施工技术的规范要求，施工单位明确要求施工中采用的土料符合土质情况、表观密度等指标的要求，因此，该施工单位在施工准备阶段提前对土料进行质量控制，采用的技术方法有：针对含水量偏高的土料，应用分散处理以及轮换掌子面的方法进行排干处理；针对含水量偏低的土料，采用灌水浸渍的方法加湿，控制最终的土料干密度在1.3～1.6 g/cm3，保障其符合土方填筑施工技术设计要求。

2）在施工准备环节，施工单位秉承施工场地工作清理的专业化原则，对施工场地进行“四通一平”，剔除施工场地中的超径石块、杂物以及积水，将控制作业平面完整度、平整度作为土方填筑施工技术的应用要点之一，对于保障的作业效果起到关键性作用。

2.2 铺料阶段的施工技术要点

铺料施工是在挖掘原有土方的基础上，重新填筑土料以形成设施基底的一项关键施工作业。在施工过程中，施工单位根据施工设计中的填筑铺料厚度、铺料方法，把控好施工技术方法，使填筑后的土方筑体能够进行后续施工。在此期间，施工人员需要关注的土方填筑铺料施工技术要点包含以下方面。

1）在铺料的布局上，一些常见的堤防工程、水坝施工都需要控制铺料与坝轴线保持平行位置进行铺设，并在铺料过程中重复采用进占法等方式进行倒退式铺土，以此保障铺土的均匀性。典型的例子有，某施工单位采用分层铺土的方式进行土料铺设，控制每层铺土厚度在25～40 cm，并且避免了反滤料与防渗料出现混杂的情况。

2）在确定填筑铺料厚度的过程中，施工单位需提前了解地基的承载能力，并采用有效方法计算出其承载力系数，根据最终的极限值确定填筑材料的压实度及总重等施工参数。施工中可通过式（1），得出作业面能够承载的填筑铺料总重，再根据铺料的荷载单位计算铺料体积，从而保障土方填筑施工铺料的合理性。

式中，T 为填筑铺料的设计厚度，mm；Q 为土方填筑施工中地基承受荷载，kN；K 为地基承载能力系数（可选用CBR 值计算）；C 为填筑土料的抗压强度，kN/mm。

2.3 填筑压实的施工技术要点

在完成土方施工场地的土料铺料环节之后，由于土料颗粒之间存在孔隙，不能完全用于土基，需要施工人员采用压实的方法进一步优化填筑施工效果。在该施工环节中，施工人员需要关注的技术要点包括压实施工的设计、设备与工艺的选择。在压实施工的设计方面，施工单位主要应当考虑压实遍数和压实过程中的受力系数，通过控制以上施工设计因素，有效控制土方铺料在压实过后的总密度，保证已经完成施工的土方能够正式用于其他环节施工。

如表1 所示，某施工单位根据压实器具的选择，对土方填筑施工压实环节的压实遍数进行施工设计。通过控制压实效率与压实效果之间的平衡关系，不仅能够避免施工中出现因碾压不足而造成的土壤孔隙率较大的情况，还能保障碾压施工在预期的施工标准时间内完成，保障施工的整体效率[2]。

表1 填筑压实遍数设计

3 优化土方填筑施工技术的有效方法

3.1 定期对土料进行试验分析

水利工程施工当中的土料质量以及性能是否符合标准，决定着土方填筑施工技术是否能够正常使用，因此，在施工期间，施工单位需对料场的土料进行试验检测，获取土料的施工数据与信息，为土方填筑施工技术的实施提供完善的施工条件。首先，施工单位应当对土料多种情况下的含水量情况进行测定，选择其中符合施工需求的土料类型进行施工。施工单位在土方填筑施工之前，对料场土料的最大干密度及最佳含水率进行试验，最终选择出平均含水率及土壤干密度更符合施工质量要求的土料进行施工，不仅大幅度降低了压实施工的难度，同时能够保障铺料后的土方稳定性。其次，在对土料湿密度进行测试时，施工人员应当根据环刀质量等数据获取土料的湿密度信息，取其中平行差值较小的土料进行施工，保障后续填筑的土方能够顺利压实，保障技术使用过程中具备充足且优质的材料条件，从而优化技术的使用效果。

3.2 施工过程需计算土方工程量

土方工程量是土方填筑施工中需进行填筑施工的实际工程量，在土方填筑施工技术的使用期间，施工人员需要采用有效的方法，对土方工程量进行精细计算，这不仅有利于合理分配土方填筑施工的技术资源，施工单位还能就此制订详细的工程进度计划，保障土方填筑施工项目按时进行。为了保障土方工程量计算的准确性，施工单位需要合理选择计算方法、明确计算路径，保证计算数据来源的可靠性与真实性。

1）在计算方法的选择上，能够适用于水利工程土方填筑施工计算工程量的方法有方格网计算法。该计算方法通过将填筑的平面划分为多个区块，利用各区块填筑的标高精准计算出土方工程总量。尽管施工中需要填筑的土方平面并不规则，但采用网格法统计土方工程量能有效控制总量计算的偏差，为土方填筑施工技术的应用与决策制定提供参考。

2）在计算路径的选择上，施工人员可以将土方相邻两角点作为挖方或填方工程量的参考点，再根据工程的填方或挖方属性（如一点填方、二点填方、三点填方或四点填方）选取相应的计算路径。用此方法计算得出土方开挖量，施工单位按照计算的土方工程量制备材料或填筑，保障土方填筑施工技术的正常应用。

3.3 采用模型技术处理施工数据信息

在土方填筑施工中，一些施工单位常因施工数据计算错误，导致按照施工计划用于填方的土料不足，最终出现土方凹陷的现象，影响了土方填筑施工技术的使用效果。为了有效预防该问题，施工单位可采用信息化模型技术，提前通过建模来获取土方填筑施工中的可视化信息，明确土料用量、铺设厚度及碾压次数等，保障土方填筑施工质量与效率。可以结合土方填筑施工的实际需求，基于BIM 技术的施工数据进行分析。在土方填筑施工中，具体的应用方法为：（1）在一些水利工程的土方填筑施工中，填方与挖方的工程量并非始终保持一致，因此，施工单位可采用BIM 信息模型下的模拟插件，对预定施工地点的土方挖填量进行模拟计算，以此使填挖量趋于平衡。（2）信息化模型可以较为精准地模拟出土方填筑施工的土壤类型、密度、含水量及颗粒大小等数据，通过利用模型还原最真实的施工场景，有利于施工期间对土方填筑施工技术方案进行有效调整。例如，根据可视化模型提供的土壤数据，确定填筑后的土方采用静压碾压或振动碾压等技术方法，以此来保障碾压后的土方压实度能够达到施工质量设计标准。

3.4 有序开展结合部位的处理施工作业

水利工程结合部位的处理与修复是土方填筑施工作业的一项重要工作环节。在实际施工中，施工人员需要着重关注施工作业的落实，并采用有效的技术对结合部位进行保护处理，以优化土方填筑施工技术的使用效果。（1）对于水利工程坝身以及混凝土结构物的连接部位，采用土方填筑施工技术作业时，施工人员应当将结合面表面的污物冲洗干净，并采用68%浓黏性浆或者水泥砂浆铺设厚度低于5 mm 的保护层来保护结合面。（2）在黏性土、砾质土坝基的结合部位处理上，土方填筑施工中应优先处理表面积水，再采用防渗体土料覆盖50～80 mm 厚度的填筑层，应用轻型机械压实方法提高土料铺设的密实度。

4 结语

综上所述，土方填筑施工技术的应用效果与水利工程施工的质量及效率息息相关，在大力倡导可持续化工程理念的背景下，研究并应用创新型的土方填筑施工技术已成为水利工程行业的一项重点发展任务。因此，施工单位应将土方填筑施工技术应用到场地准备、施工计算及土方填筑等多个施工环节，打造出具有前瞻性、适应性、务实性的土方填筑施工技术方案，保障水利工程中填筑体及设施建设的质量。